天文学家巧用超计算机完成人类有史以来最大的宇宙学模拟实验

发布时间：2023-10-28 10:30:24 所属栏目：外闻来源：网络

导读： 　　你愿意了解我们所在的宇宙如何演化，以及其中的星体、天体结构是如何演变的么？你想了解暗物质，暗能量和中微子在宇宙中扮演什么角色吗？如果你对这些问题感兴趣，那么你一定要看看这个

　　你愿意了解我们所在的宇宙如何演化，以及其中的星体、天体结构是如何演变的么？你想了解暗物质，暗能量和中微子在宇宙中扮演什么角色吗？如果你对这些问题感兴趣，那么你一定要看看这个最新的科学成果：一群国际天文学家用超级计算机模拟了整个宇宙的历史，从大爆炸开始，到现在为止。这个模拟叫做FLAMINGO，它不仅考虑了暗物质，还考虑了普通物质，也就是我们和星球，恒星和星系都由其组成的物质。

　　FLAMINGO模拟让我们能够观察到虚拟的宇宙中各种奇妙的现象，比如黑洞和超新星如何影响星系的形成，以及中微子如何影响宇宙的结构。FLAMINGO模拟也可以帮助我们解释一些观测数据中存在的矛盾，比如不同方法测量出来的宇宙学参数之间的差异。FLAMINGO模拟是目前最先进和最完善的宇宙学计算机模拟之一，它为我们理解和探索我们所生活的宇宙提供了一个强大的工具。

　　FLAMINGO模拟是基于物理定律对宇宙所有成分的演化进行计算的。这些成分包括普通物质、暗物质和暗能量。普通物质只占宇宙中所有物质的百分之十六，但是对我们来说却是最熟悉和最重要的。暗物质占据了大部分的物质份额，但是我们只能通过其引力效应来间接探测到它。暗能量则是一种神秘的力量，使得宇宙加速膨胀。随着模拟进行，我们可以看到虚拟星系和星系团如何在引力作用下逐渐形成和演化。

　　FLAMINGO模拟与其他许多计算机模拟有所不同，因为它不仅跟踪了暗物质，还跟踪了普通物质和中微子。这些都是对模拟准确性和完整性非常重要的因素。

　　普通物质比神秘莫测的暗物质更复杂，因为它不仅受到自然力量的引力作用，还不可避免的受到周围气体流动的压力等其他力量一系列的作用。这些力量可能导致普通物质从星系中被喷出或被重新吸收，从而影响星系的形成和演化。这些过程很难预测，因为它们取决于星系内部的爆炸，比如活跃的黑洞和超新星。为了模拟这些过程，天文学家需要用机器学习来校准模型的参数，使得模拟的结果能够与观测到的星系质量和星系团中的气体分布相一致。

　　中微子是一种非常轻的亚原子粒子，它们在宇宙中无处不在，但是很难被探测到。中微子的质量虽然很小，但是对宇宙的结构形成有着重要的影响。中微子会抵消引力的作用，使得物质分布更加均匀，而不是聚集成星系和星系团。中微子的质量还没有被精确测量出来，所以天文学家需要用模拟来探索不同质量的中微子对宇宙的影响。

　　FLAMINGO模拟还可以帮助我们解决一些宇宙学观测中存在的问题。我们知道，我们的宇宙的性质是由一些数字决定的，这些数字叫做宇宙学参数。这些参数可以用不同的方法来测量，比如通过观测早期宇宙遗留下来的微弱背景光芒，也就是宇宙微波背景（CMB），或者通过观测星系之间的引力透镜效应。然而，这些方法测量出来的参数值却不一致，这就产生了一种紧张关系。这种紧张关系可能意味着我们对宇宙的理解有所缺陷，也就是说我们需要一个新的理论来取代现有的冷暗物质模型。

　　FLAMINGO模拟是目前最大和最精细的普通物质宇宙学计算机模拟之一。为了完成这个模拟，天文学家使用了300亿个分辨率元素（相当于小星系大小的粒子），来模拟一个边长为30亿光年的立方体空间。这个空间包含了数千亿个星系和数百万个星系团。为了使这个模拟成为可能，天文学家开发了一种新的代码SWIFT，它可以有效地将计算任务分配到多个CPU上。

　　FLAMINGO模拟为我们提供了一个新的窗口，让我们能够更好地利用和理解各种宇宙学观测数据。FLAMINGO模拟也为我们创造了一个新的机会，让我们能够用虚拟数据来测试新的理论和新的数据分析技术（包括机器学习）。通过使用机器学习，天文学家可以对随机生成的虚拟宇宙进行预测，并且与真实观测进行比较。这样就可以测量出更准确和更可靠的宇宙学参数值，并且评估出相关的不确定性。如果我们的宇宙模型能够成功，那么我们就可以通过这个模型来预测未来的天体运行轨迹，甚至可以预测地球的命运。

（编辑：源码网）

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